文/張軍改·河北東安精工股份有限公司

階梯軸先進制造技術(shù)
——楔橫軋(下)

文/張軍改·河北東安精工股份有限公司

《階梯軸先進制造技術(shù)—楔橫軋（上）》見2016年第7期

楔橫軋工藝在我國的技術(shù)改進與發(fā)展應用

解決窄臺階內(nèi)直角精確成形問題

在楔橫軋工藝設計過程中，軋齊曲線設計是重點也是難點。軋齊曲線的精確程度決定著楔橫軋零件的尺寸精度和質(zhì)量等級，軋齊曲線設計不好，在成形內(nèi)直角臺階時，將會出現(xiàn)螺旋狀，如圖9a所示。軋齊曲線的計算公式雖早已研究出來，因其復雜性和不準確性而未能充分發(fā)揮作用，一直靠實際生產(chǎn)時多次修理模具而得到精確成形。但是修理模具造成了調(diào)試時間長、難度大等問題，為了更好地解決這一問題，北京科技大學采用了大型專業(yè)有限元軟件DEFORMTM-3D，對楔橫軋軋齊過程進行了三維剛塑性有限元模擬，提出了楔橫軋內(nèi)臺階成形過程三階段理論，找到了窄臺階內(nèi)直角精確成形的軋齊曲線公式，圖9為軋齊曲線改進前后的對比圖。

圖9 軋齊曲線改進前后對比

表面螺旋痕得到進一步改善

楔橫軋軋制過程中經(jīng)常會在軋件已軋表面產(chǎn)生帶傾斜角的螺旋狀凹痕缺陷，這種螺旋凹痕輕則會影響產(chǎn)品外觀，重則會造成產(chǎn)品報廢。北京科技大學通過有限元分析，找到螺旋痕產(chǎn)生的機理及解決辦法，目前采用此辦法軋制的產(chǎn)品表面粗糙度可達到國家標準中鋼質(zhì)模鍛件的精密度，圖10為螺旋痕采取措施前后對比圖。

圖10 螺旋痕采取措施前后對比圖

部分產(chǎn)品的材料利用率得到進一步提高

影響楔橫軋材料利用率的一個很重要的因素就是產(chǎn)品兩端必須留有足夠的料頭，否則容易使工件兩端組織疏松或產(chǎn)生孔洞（渦心），圖11為料頭較小時產(chǎn)生的端部孔洞（渦心）。為了提高材料利用率，就必須減小料頭，但料頭過小又會產(chǎn)生端部疏松或孔洞（渦心），為了解決這一矛盾，各大院校和各楔橫軋企業(yè)經(jīng)過理論研究和實際運用，實現(xiàn)了部分產(chǎn)品小料頭軋制，使材料利用率提高了1%～4%。

圖11 因下料長度不足造成的端部孔洞（渦心）

實現(xiàn)了軋制自動化

通過研發(fā)楔橫軋機變頻電機驅(qū)動及PLC自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電機啟動式運行，軋制速度可調(diào)，軸向送料精確定位，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省了能源，減輕了工人的勞動強度，實現(xiàn)了楔橫軋從加熱→傳送→進料→軋制→出料等全過程自動化生產(chǎn)與控制，使大型軸類件采用楔橫軋工藝得以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，使我國汽車大型軸類件的生產(chǎn)技術(shù)擺脫了主要靠車削和鍛造加工的低效、高耗能的落后狀態(tài)。

形成了兩個楔橫軋行業(yè)標準

楔橫軋技術(shù)應用至今，國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的標準，給楔橫軋生產(chǎn)帶來困難，為此，北京科技大學、河北東安公司及上海內(nèi)燃機研究所等單位分別起草了《齒輪軸毛坯楔橫軋技術(shù)條件》JB/T 11761-2013和《內(nèi)燃機凸輪軸第2部分：楔橫軋毛坯》JB/T 6728.2-2008等齒輪及凸輪楔橫軋行業(yè)標準，并已頒布；同時起草的《鋼質(zhì)楔橫軋件通用技術(shù)條件》國家標準已報批，標準號為GB/T 32258-2015，等待正式發(fā)布。這些標準的頒布填補了國內(nèi)楔橫軋標準的空白，為該類產(chǎn)品的合同訂立和產(chǎn)品交易、特別是產(chǎn)品出口提供了技術(shù)支持和統(tǒng)一標準。

國家重點課題

國家科技重大專項“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”中，將“精密鍛軋成套新技術(shù)”列為課題之一進行研究；國家科技支撐計劃項目“先進近凈成形與模具制造技術(shù)”中也將“大型軸類件楔橫軋近凈成形工藝與裝備研究”列為子課題進行研究，取得一系列重要成果。通過這些課題的研究工作，楔橫軋精確成形件的質(zhì)量有了大幅度提高。

楔橫軋技術(shù)推廣

經(jīng)過各大院校和企業(yè)共同研制，楔橫軋技術(shù)得到持續(xù)改進，已廣泛應用于各類階梯軸類零件的生產(chǎn)中，成為各類階梯軸類零件生產(chǎn)的先進工藝，目前我國已成功建成楔橫軋生產(chǎn)線200多條，開發(fā)并應用于生產(chǎn)的零件品種達500多種，汽車軸類件楔橫軋生產(chǎn)線80多條，年產(chǎn)汽車軸類件2100多萬件，僅汽車軸類件，年節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材3萬噸，價值1.3億元，使我國成為世界上用楔橫軋工藝生產(chǎn)產(chǎn)品最多的國家之一。隨著楔橫軋技術(shù)的提高，楔橫軋專業(yè)生產(chǎn)廠迅速興起，近幾年在山東萊蕪建成了數(shù)十家專業(yè)楔橫軋生產(chǎn)廠，而且該技術(shù)現(xiàn)已普遍應用于轎車軸類件的生產(chǎn)及模鍛軸類件的制坯上，大大提高了生產(chǎn)效率和材料利用率。

楔橫軋工藝亟待解決的技術(shù)難題

隨著楔橫軋技術(shù)的不斷完善，楔橫軋工藝已被廣泛應用于汽車、摩托車、工程機械、五金工具等零件的制作上，但因其工藝限制，還存在以下亟待解決的問題。

材料利用率需要進一步提高

隨著國內(nèi)外精鍛技術(shù)的迅速發(fā)展，材料利用率不斷提高，給楔橫軋工藝造成極大沖擊，如何減少楔橫軋兩端的料頭，提高材料利用率，已是擺在我們面前的重要難題，一些院校和企業(yè)雖在此方面做了很多研究，并把一些研究付諸實踐，但是該技術(shù)還不夠成熟，效果還不理想。

多楔同步軋制成形

多楔同步軋制成形可顯著節(jié)省輥面長度，減少設備本體尺寸，降低成本，是近凈成形技術(shù)生產(chǎn)超長大型軸類件的最佳工藝。但多楔同步軋制意味著各個臺階同時成形，任一瞬間都應保持體積分配合理，對于楔入段都是曲面的楔橫軋模具來說，做到精確設計是非常不容易的，即便設計成功，在軋制磨損后，修理起來也十分困難，需要反復修理調(diào)試方能精確成形，如何找到簡單快捷的修理方式，是擺在我們面前的又一難題。

空心軸軋制

隨著汽車輕量化的要求，空心件在汽車行業(yè)的應用將會獲得長足發(fā)展，雖然一些高校已經(jīng)試驗成功了空心件的軋制，但其原材料使用了價格昂貴的空心管，軋制時使用了穿棒技術(shù)，工藝復雜，占地空間大，如何使用棒料直接成形空心階梯軸，是需要我們解決的又一課題。

結(jié)束語

楔橫軋技術(shù)具有節(jié)能、節(jié)材、高效、清潔等顯著特點，具有良好的經(jīng)濟和社會效益，符合國家關(guān)于建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的要求，具有廣闊的應用發(fā)展前景。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和技術(shù)進步，未來楔橫軋成形技術(shù)將向復雜、大型、高精度零件及復合成形零件發(fā)展；楔橫軋模具制造技術(shù)將向組合式、高硬度方向發(fā)展；楔橫軋材料對象將向有色及難成形材料方向延伸。